IGBT驱动与选型

IGBT原理及其特性........................................................................................................................1IGBT原理：............................................................................................................................1IGBT术语说明：....................................................................................................................1IGBT选型说明：....................................................................................................................4IGBT交换特性：..................................................................................................................10电容特性：.............................................................................................................................11IGBT的门极驱动电路的设计......................................................................................................13驱动条件和主要特性的关系.................................................................................................13门极正偏压电压：+VGE（导通期间）......................................................................13门极反偏压电压：-VGE（阻断期间）.......................................................................14门极电阻：RG...............................................................................................................15关于驱动电流：.............................................................................................................18空载时间的设定：.........................................................................................................19自举电路.................................................................................................................................19IGBT原理及其特性IGBT原理：IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),也称为绝缘栅双极晶体管,是一种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件,它同时具有MOSFET的高速开关及电压驱动特性和双极晶体管的低饱和电压特性及易实现较大电流的能力，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大的优点，这使得IGBT成为近年来电力电子领域中尤为瞩目的电力电子驱动器件，并且得到越来越广泛的应用。IGBT术语说明：表1-1绝对最大额定值（AbsoluteMaximumRatings）术语符号定义与说明（条件请参照各种产品的说明书。）集电极－发射极间的电压(Collector-Emittervoltage)VCES在门极－发射极之间处于短路状态时，集电极―发射极间能够外加的最大电压门极－发射极间的电压(Gate-Emittervoltage)VGES在集电极―发射极间处于短路状态时，门极―发射极间能够外加的最大电压（通常±20Vmax.）IC集电极的电极上容许的最大直流电流ICpulse集电极的电极上容许的最大脉冲电流集电极电流(Collectorcurrent)-IC内置二极管上容许的最大直流正向电流-ICpulse内置二极管上容许的最大脉冲正向电流最大损耗(Collectorpowerdissipation)pC每个元件上的IGBT所容许的最大功率损耗结温(Junctiontemperature)TJ使元件能够连续性工作的最大芯片温度（需要设计成即使在装置中最坏的状态下，也不超出这个值）保存温度(Storagetemperature)Tstg在电极上不附加电负荷的状态下可以保存或输运的温度范围FWD－电流二次方时间积(FWD－I2t)tI2在不破坏元件的范围内所允许的过电流焦耳积分值。过电流用商用正弦半波（50、60Hz）一周期来规定。FWD－正向峰值浪涌电流(FWD－IFSM)IFSM在不破坏元件的范围内所允许的一周期以上商用正弦半波（50、60Hz）的电流最大值绝缘强度(Isolationvoltage)VISO在电极全部处于短路状态时，电极与冷却体的安装面间所容许的正弦波电压的最大有效值表1-2电特性（Electricalcharacteristics）术语符号定义及说明（条件请参照各种产品的说明书。）集电极－发射机间断路电流(Zerogatevoltaecollectorcurrent)ICES门极（下称G）―发射极（下称E）间处于短路的状态时，在集电极（下称C）―E间外加指定的电压时C-E间的漏电流门极―发射极间的漏电流(Gate-emitterleakagecurrent)IGESC―E间处于短路状态时，在G―E间外加指定的电压时G―E间的漏电流门极―发射极间的阈值电压(Gate-emitterthresholdvoltage)VthGE)(处于指定的C―E间的电流（下称集电极电流）和C―E间的电压（下称VCE）之间的G―E间的电压（下称VGE）（C―E间有微小电流开始流过时的VGE值用于作为衡量IGBT开始导通时的VGE值的尺度）集电极―发射极间的饱和电压(Collector-emittersaturationvoltage)VsatCE)(在指定的VGE下，额定集电极电流流过时的VCE值（通常，VGE=15V，计算损耗时重要值）输入电容(Inputcapacitance)CIESC―E间交流性短路状态下，G―E间和C―E间外加指定电压时G-E间的电容输出电容(Outputcapacitance)COESG―E间交流性短路状态下，G―E间和C―E间外加指定电压时C―E间的电容反向传输电容(Reversetransfercapacitance)CRES在E接地的情况下，G―E间外加指定电压时C―G间的电容静态特性二极管正向电压(Forwardonvoltage)VF在内置二极管中流过指定的正方向电流（通常为额定电流）时的正方向电压（与VCE（sat）相同，也是计算损耗时的重要值）开通时间(Turn-ontime)tonGBT开通时，VGE上升到0V后，VCE下降到最大值的10%时为止的时间trIGBT开通时，从集电极电流上升到最大值的10%时开始，到VCE下降到最大值的10%为止的时间上升时间(Raisetime)tr(i)IGBT开通时，从集电极电流上升到最大值的10%时开始，到达到90%为止的时间关断时间(Turn-offtime)toffIGBT关断时，从VGE下降到最大值的90%时开始，到集电极电流在下降电流的切线上下降到10%为止的时间下降时间(Falltime)tfIGBT关断时，集电极电流从最大值的90%开始，在下降电流的切线上下降到10%为止的时间反向恢复时间(Reverserecoverytime)trr到内置二极管中的反向恢复电流消失为止所需要的时间动态特性反向恢复电流(Reverserecoverycurrent)Irr(Irp)到内置二极管中正方向电流断路时反方向流动的电流的峰值逆向偏压安全操作区(Reversebiassafeoperationarea)RBSOA关断时在指定的条件下，能够使IGBT断路的电流与电压的区域（一旦超出该区域，元件可能遭到破坏）门极电阻(Gate-resistance)RG门极串联电阻值（标准值记载在交换时间测定条件中）门极充电电量(Gatechargecapacity)Qg为了使IGBT开通，G―E间充电的电荷量表1-3热特性（Thermalresistancecharacteristics）术语符号定义与说明（条件请参照各产品的说明书。Rcjth)(IGBT或内置二极管的芯片与外壳间的热阻热阻（ThermalresistanceRfcth)(运用散热绝缘混合剂，在推荐的力距值的条件下，将元件安装到冷却体上时，外壳与冷却体间的热阻外壳温度（CasetemperatureTCIGBT的外壳温度（通常情况指IGBT或内置二极管正下方的铜基下的温度）表1-4热敏电阻的特性（Thermistorcharacteristics）术语符号定义与说明（条件请参照各产品的说明书。）热敏电阻（Resistance)Resistance指定温度下热敏电阻端子之间的电阻值Ｂ値（Bvalue)B表示在电阻-温度特性上任意2个温度间的电阻变化大小的常数IGBT选型说明：（1）选择功率型场效应管首先要考虑参数的是集电极－发射极间的电压VCES和集电极电流IC。产品的数据手册给出的集电极电流，都是在特定的实验条件下的参考值，真正的集电极电流还和门极－发射极间的电压有关，如下图所示：还有一个比较重要的参数就是门极―发射极间的阈值电压VthGE)(，（2）热传导特性（ThermalCharacteristics）：热阻简单地说就是导热性能。有一个形象的比喻：热阻就像是电阻，热流就像是电流，温度就好比是电压。Junctiontemp（结温）即是半导体的核心温度。一般来说，结－壳热阻是给定的，结－空气热阻也是给定的，可以通过在空气和金属壳之间并联一个较小的热阻（即散热器）来降低温差。以IGBT模块热导性如下图所示：（3）电气特性（ElectricalCharacteristics）：集电极―发射极间的饱和电压VsatCE)(在指定的VGE下，额定集电极电流流过时的VCE值（通常，VGE=15V，计算损耗时重要值）。VsatCE)(功率损耗计算方法：（4）动态特性（DynamicCharacteristics）关于这三个电容的位置和关系，如下图所示。半导体电路设计中一个很麻烦的问题就是无处不在的小电容，这些电容在低频的应用中不存在什么问题，但在高频电路中，就成为影响电路性能的主要杀手。门极驱动功率和输入电容有关。Cies=CGE+CGC:输入电容Coss=CGC+CEC:输出电容Cres=CGC:反向传输电